ZUO Qi;XIE Yi-bo
【摘 要】本文通过实验来测试硅胶制成的指纹膜是否可以完成手机指纹系统解锁,并分析电容硅胶制成的指纹膜解锁不同手机指纹系统的效果,对于指纹解锁技术的系统升级和防范此类案件发生有一定意义. 【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2018(000)034
【总页数】3页(P236-237,241)
【关键词】硅胶;电容硅胶;指纹膜;解锁;智能手机
【作 者】ZUO Qi;XIE Yi-bo
【作者单位】
【正文语种】中 文
【中图分类】D918.91
指纹与生俱来，具有人各不同的特定性和终身基本不变的稳定性等特点。利用指纹解锁手机安全、方便、快捷，成为智能手机标配。然而利用指纹膜解锁手机的新闻时有发生，本文通过实验来测试两种硅胶材料制成的指纹膜解锁手机的效果，以期提升手机指纹解锁技术，防范此类案件的发生。
1 实验原理
手机指纹解锁过程就是对指纹特征的识别和认证过程，即通过数字化算法在指纹图像上到并比对指纹的特征。指纹解锁过程，主要包括指纹图像的采集、图像的预处理、特征提取和图像匹配等四个过程[1]。指纹传感器采集指纹是手机解锁的第一步，也是关键的一步。常见的传感器方式有光学式、电容式、超声波式3 种。手机体积小，传感器要求轻薄、小巧、耐用，电容式传感器具备这些特点，成为当前手机厂商普遍采用的指纹解锁技术。本文实验所用的5 部手机均采用电容式指纹传感器。
2 实验部分
2.1 器材与试剂
5 种手机：苹果7 PLUS、苹果6s、小米6、华为荣耀7X、三星SM-T705C、硅胶、固化液、电容材料、电容液、透明模型胶、注射器、搅拌盒、成品盒、一次性手套等。
2.2 样本制作
2.2.1 指纹模型制作
将透明模型胶加热2-3 分钟，待软化后，将手指第一指节垂直匀速印压在模型胶上（图1），停留30-60秒，捺印1-2 毫米左右的立体指纹凹槽，等待模型胶硬化冷却，将手指垂直离开，制作完成一枚立体指纹模型[2]（图2）。整个操作过程中手指不能左右摆动或前后挪动，用此方法制作10 枚指纹模型，其中拇指、食指各5 枚。
图1 手指按压指纹模型胶
图2 制作完成的指纹模型
2.2.2 硅胶指纹膜的制作
使用无菌注射器抽取1 毫升硅胶，推入搅拌盒当中； 将固化液摇晃均匀后，滴入1 滴或者2 滴至搅拌盒当中，用搅拌棒将硅胶及固化液搅拌均匀。将搅拌均匀的特制硅胶液倒入立体指纹模型内，依靠硅胶的自身张力填满凹处。等待2-3 小时，待硅胶完全固化后，由指纹模型下方慢慢揭起。用此方法制作10 枚硅胶指纹模，拇指、食指各5 枚。这时制作好的指纹膜与手指上的乳突线、小犁沟形象反映一致（图3）。
2.2.3 电容硅胶指纹膜的制作
使用一次性塑料手套，取定量的电容材料，在手指间团成圆球状。取出电容液，轻轻震荡，将电容液滴入电容材料中，1-2 滴即可。快速将电容材料与电容液揉捏混合均匀。将揉捏均匀的电容材料，从下往上的按压在指纹模型中，直至电容材料完全覆盖指纹模型。等待2 小时左右，将电容材料由指纹下方轻轻揭起。用此方法制作10 枚电容硅胶指纹模，拇指、食指各5 枚。这时制作好的指纹膜与手指上的乳突线、小犁沟形象反映一致（图4）。
图3 硅胶指纹膜
图4 电容硅胶指纹膜
电容材料的取量约为花生粒大小即可，揉捏时要保证将电容材料与电容液混合均匀，否则会直接影响电容材料的固化，并使制成的电容指纹膜无法使用或使用时间过短。
2.3 实验过程
（1）本校男生4 人，女生1 人，根据每款手机最多容纳指纹的数量，第一次在三星SM-T705C 手机中录入3 枚拇指印痕，在其余4 款手机中分别录入5 枚拇指印痕，待与指纹膜匹配后完成删除。第二次在三星SM-T705C 手机中录入3 枚食指印痕，在其余4 款手机中分别录入5 枚食指印痕待与指纹膜进行匹配。
（2）使用制作完成的10 枚拇指、食指硅胶指纹膜，解锁5 部手机，使用制作完成的10 枚拇指、食指电容硅胶指纹膜，解锁5 部手机，并记录实验结果和相关数据。
3 结果
10 枚硅胶指纹膜对5 部智能手机进行解锁实验，均没有达到解锁手机系统的效果，解锁失
败。10 枚电容硅橡胶指纹膜对5 部智能手机解锁实验，均成功解开手机系统，解锁成功。使用电容硅胶膜解锁手机时有的是一次解开，有的需要多次尝试才能打开 （见表1）。
表1 指纹膜解锁手机效果比较注：未-没有解开；一次—1 次测试既解开；多次—2 次以上测试解开。解锁效果 三星SM-705C未 一次 多次 未 一次 多次 未 一次 多次 未 一次 多次 未 一次 多次硅胶指纹膜 拇指 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0食指 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0电容硅胶指纹膜 拇指 0 5 0 0 5 0 0 5 0 0 0 0 0 5 0食指 0 5 0 0 2 3 0 5 0 0 2 3 0 1 4苹果7Plus 苹果6s 小米6华为荣耀7X
4 分析与讨论
（1）本实验所用5 部智能手机均采用电容式指纹传感器，而硅胶本身不具有导电性，通过硅胶制成的指纹膜也不存在导电反应，手机指纹识别区无法识别指纹，也就无法解开智能手机系统。在日常生活中，光学传感器制作的打卡机和门禁系统，可以根据光在指纹凹凸面上反射不同来验证是否是本人，使用硅胶指纹膜可以顺利识别人身。
（2）电容材料自带导电性，由电容材料制成的指纹膜也具有导电性，这与手机电容指纹传
感器的性能相吻合。根据指纹凹凸面上静电势的不同验证是否为本人，可以顺利解锁手机。在实验过程中，只需要在指纹采集区轻轻按压电容指纹膜就可以打开手机系统。
（3）虚拟键程和物理按键对指纹识别并无影响。苹果7 Plus 和苹果6S 手机的指纹采集方式都是按压式采集，前者是虚拟键程，后者为物理键程，使用人在把指纹录入手机系统时不会因为按压感觉的改变而影响采集效果，同时解锁时使用指纹膜解锁手机系统也没有产生差异[3]。
三星SM-705C 是滑动式解锁，其余4 部均是按压式解锁。按压式解锁方式只需要指纹放置在采集区便可采集指纹，方便快捷。滑动式需由上至下滑动经过指纹采集区，指纹才能被完整收集，在采集过程较为繁琐，同时在用指纹膜识别解锁时容易出现 “滑动整个触控板、请更快的滑动、请更慢的滑动” 等失败字样，但最终可以成功解锁。
（5）手机指纹识别区的金属环可以起到导电作用，但有无金属环对指纹膜解锁手机不存在影响。5 款手机中，除小米6 手机是无孔式指纹识别外，其余4 款手机在指纹识别区均带有金属环。小米6 手机采用前置电容式指纹识别，传感器是升级版产品，实验中无法获知其如何识别“活体”指纹[4]。
（6）指纹采集完整与否影响指纹解锁效果。指纹膜解锁手机时会出现手机振动，屏幕晃动等情况，提示“请再试一次”的字样，换不同的角度进行二次尝试可将手机解锁，可能是指纹采集部位不完整等情况造成的。
（7）指纹膜的清晰程度影响指纹解锁效果。在力度相同的情况下制作指纹膜时，同一个人的拇指印痕较食指印痕会清晰一些，在解锁手机系统时拇指一次解锁成功率略高于食指。男性手指纹线较女性手指纹线略粗，制作的指纹膜立体感更强，在解锁手机系统时男性手指解锁成功率略高于女性。
5 结论
通过本次实验表明，指纹膜的材质与手机指纹传感器是否匹配是决定解锁成败的关键因素。硅胶不具有导电性，手机中的电容式指纹传感器不能识别到硅胶指纹膜，就算指纹膜再清晰，也“骗”不了手机进入匹配识别环节。而电容硅胶指纹膜具有导电性，手机识别区的金属环检测指纹膜为“活体”指纹时，就进行特征比对识别，完成手机解锁。
制作这两种指纹膜的方法简单、易学，材料的收集也非常便利，容易通过手机引发财产丢
失等安全隐患。随着技术的进步，手机解锁方式也将进一步优化，如射频电容技术，可以在扫描时动态测量手指皮肤的特性，只有活体指纹才会被识别；超声波技术，利用高分辨率超声波来扫描指纹。根据超声波在指纹的凸起与凹陷的返回时间，生成指纹的3D 模型。第二代超声波指纹识别技术——集成式超声波指纹传感器，可以检测心跳和血流量，并利用超声波绘制整个指纹图谱，实现动态检测而增强特性； 电容传感和光学检测技术，将电容传感和光学检测融合，同时进行指纹检测和活体检测等方式，从而提供更多、更稳定、更精确的手机指纹解锁方案。
